JP6540796B2 - Piezoelectric element and ultrasonic sensor comprising the same - Google Patents
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Description
本発明は、圧電素子およびこれを備える超音波センサに関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric element and an ultrasonic sensor provided with the same.
一般的な超音波センサは、ケースの内底面に圧電素子を接合することによりユニモルフ構造体を構成し、ケースの底部をベンディング振動させることで超音波を送受信する。特開2002−204497号公報(特許文献1)には、積層型の圧電素子を備えた超音波センサが開示されている。 A general ultrasonic sensor constitutes a unimorph structure by bonding a piezoelectric element to the inner bottom surface of a case, and transmits and receives ultrasonic waves by bending the bottom of the case. The ultrasonic sensor provided with the lamination-type piezoelectric element is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-204497 (patent document 1).
ケースの内底面に接合した圧電素子の上面には複数の電極が設けられている。この圧電素子の上面に対してFPCなどを接合する際には、一般的に複数の電極にそれぞれ個別に電気的接続がなされるが、実際には、圧電素子の上面の1つの電極に付着すべき導電材料、たとえばはんだが所望の領域に収まらずに溢れて隣の別の電極にまで接してしまうことによって短絡が生じる場合があった。 A plurality of electrodes are provided on the top surface of the piezoelectric element joined to the inner bottom surface of the case. When bonding an FPC or the like to the upper surface of the piezoelectric element, generally, electrical connections are individually made to a plurality of electrodes, but in practice, they are attached to one electrode of the upper surface of the piezoelectric element In some cases, a short circuit may occur due to the conductive material to be soldered, for example, the solder overflowing in the desired area and coming into contact with another adjacent electrode.
そこで、本発明は、接合に用いられる導電材料があふれることによる短絡が発生する確率を減じた圧電素子および超音波センサを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the piezoelectric element and ultrasonic sensor which reduced the probability that the short circuit by overflowing the electrically-conductive material used for joining may occur.
上記目的を達成するため、本発明に基づく圧電素子は、複数の圧電体層を積層したものであり、積層方向に沿って互いに逆を向く第1主面および第2主面を有する積層体を備え、上記積層体は、送信部、受信部、および上記送信部と上記受信部とを互いに隔てる分離部を含み、上記第1主面のうち上記送信部に対応する領域を覆うように送信電極が配置されており、上記第1主面のうち上記受信部に対応する領域を覆うように受信電極が配置されており、上記送信電極は、上記積層体の内部または第2主面に配置された導体膜と共に上記複数の圧電体層のうちの少なくとも一部を挟み込んでおり、上記受信電極は、上記積層体の内部または第2主面に配置された導体膜と共に上記複数の圧電体層のうちの少なくとも一部を挟み込んでおり、上記第1主面のうち上記分離部に対応する領域の少なくとも一部は、上記第1主面のうち上記送信電極が配置されている領域および上記受信電極が配置されている領域に比べて凹または凸となっている。 In order to achieve the above object, a piezoelectric element according to the present invention is a stack of a plurality of piezoelectric layers, and has a laminate having a first main surface and a second main surface facing in opposite directions along the stacking direction. The laminate includes a transmitting unit, a receiving unit, and a separating unit separating the transmitting unit and the receiving unit from each other, and a transmission electrode covering the region corresponding to the transmitting unit on the first main surface And the receiving electrode is disposed so as to cover the region corresponding to the receiving portion in the first main surface, and the transmitting electrode is disposed in the inside of the laminate or the second main surface. The receiving electrode sandwiches at least a portion of the plurality of piezoelectric layers together with the conductive film, and the receiving electrode is configured of the plurality of piezoelectric layers together with the conductive film disposed on the inside or the second main surface of the laminate. At least a portion of our At least a part of the region corresponding to the separation portion in the first main surface is concaved or compared with the region in which the transmission electrode is arranged in the first main surface and the region in which the reception electrode is arranged. It is convex.
上記発明において好ましくは、上記送信部および上記受信部は、内部に圧電体層と導体膜とが交互に配置された構造を含んでおり、上記分離部は、上記積層方向に沿って平面視したときに、内部に導体膜が含まれていない部分を含む。 In the above invention, preferably, the transmission unit and the reception unit include a structure in which piezoelectric layers and a conductor film are alternately disposed in the inside, and the separation unit is planarly viewed along the stacking direction. At times, it contains a part that does not contain a conductor film inside.
上記発明において好ましくは、有底筒状のケースと、上記ケースの内底面に対して、上記第2主面が対向するように接合された上述の圧電素子と、複数の配線を含み、上記複数の配線が上記受信電極および上記送信電極に対して個別に電気的接続がなされるように、上記第1主面に対して接合された配線引出部品とを備える。 In the above invention, preferably, the case includes a bottomed cylindrical case, the above-described piezoelectric element joined so that the second main surface is opposed to the inner bottom surface of the case, and a plurality of wirings; And a wiring lead-out component joined to the first main surface such that the wiring of the above is electrically connected to the reception electrode and the transmission electrode individually.
上記発明において好ましくは、上記配線引出部品は、上記第1主面に対して異方性導電性接着剤によって接合されている。 In the above invention, preferably, the wiring lead-out component is joined to the first main surface by an anisotropic conductive adhesive.
上記発明において好ましくは、上記異方性導電性接着剤は、はんだを含む。 In the above invention, preferably, the anisotropic conductive adhesive contains a solder.
本発明によれば、接合に用いられる導電材料があふれることによる短絡が発生する確率を減じた圧電素子および超音波センサを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a piezoelectric element and an ultrasonic sensor in which the probability of the occurrence of a short circuit due to the overflow of a conductive material used for bonding is reduced.
本発明に基づいた実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。個数および量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数および量などに限定されない。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。 Hereinafter, an embodiment based on the present invention will be described with reference to the drawings. When the number, the amount, and the like are mentioned, the scope of the present invention is not necessarily limited to the number, the amount, and the like unless otherwise specified. The same parts and corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1における超音波センサ100を備えたセンサ装置1の機能ブロックを示す図である。センサ装置1は、超音波センサ100、マイコン101、メモリ102、検出回路103、信号生成回路104、電源105、および受信アンプ106を備える。超音波センサ100は、圧電素子50を備え、この圧電素子50は電極10,20,30からなる3端子構造を有している。
FIG. 1 is a diagram showing functional blocks of a
マイコン101は、メモリ102に格納されているデータを読み出し、制御信号を信号生成回路104に出力する。信号生成回路104は、制御信号に基づいて直流電圧から交流電圧を生成する。交流電圧は、超音波センサ100に供給され、超音波センサ100から気中などに向けて超音波が送信(送波)される。超音波センサ100が物標からの反射波を受信した際、超音波センサ100にて発生した受波信号は電圧値として受信アンプ106に送られ、検出回路103を通してマイコン101に入力される。マイコン101により、物標の有無や移動に関する情報を把握することが可能となる。
The
(超音波センサ100)
図2は、実施の形態1における超音波センサ100を示す断面図である。超音波センサ100は、圧電素子50、ケース60、吸音材63、接着剤64、接合剤65、充填剤71,72、およびFPC(Flexible Printed Circuits)80を備える。ケース60は、導電性を有し、有底筒状に形成される。ケース60は、たとえば、高い弾性を有し且つ軽量なアルミニウムからなる。ケース60は、このようなアルミニウムをたとえば鍛造または切削加工をすることによって作製される。(Ultrasonic sensor 100)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the
ケース60は、円板状の底部62と、底部62の周縁に沿って設けられた円筒状の筒状部61とを含む。底部62は、内底面62Sおよび外面62Tを有する。圧電素子50は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる。圧電素子50は、底部62の内底面62S上に配置され、接着剤64を用いて内底面62Sに接合される。接着剤64は、たとえばエポキシ系接着剤である。超音波センサ100が駆動している際には、圧電素子50は、底部62とともにベンディング振動する。
The
圧電素子50は、図示しない3つの電極(図1における電極10〜30に相当する部位。詳細は後述する)を有している。図3に示すように、FPC80の先端部80TはたとえばT字形状を有する。FPC80は、接合剤65を介してこれらの電極に電気的に接合される。接合剤65としては、たとえば金属が添加された樹脂材料が用いられる。FPC80のうちの圧電素子50に接合された部分とは反対側の部分は、ケース60の外に取り出され、信号生成回路104(図1)および受信アンプ106(図1)などに電気的に接続されている。
The
(圧電素子50)
図3は、圧電素子50およびFPC80を示す平面図である。図4は、圧電素子50(FPC80を取り外した状態)を示す平面図である。図5は、圧電素子50を示す斜視図である。図6は、圧電素子50およびその内部構造を示す斜視図である。図7は、圧電素子50に備えられる電極10,20,30の組合せの説明図である。図8は、図4中のVIII−VIII線に沿った矢視断面図である。図9は、図4中のIX−IX線に沿った矢視断面図である。図10は、図4中のX−X線に沿った矢視断面図である。(Piezoelectric element 50)
FIG. 3 is a plan view showing the
図3〜図10においては、説明上の便宜のため矢印X,Y,Zを示している。矢印X,Y,Zは、互いに直交する関係を有する。以下、圧電素子50の各構成について矢印X,Y,Zを参照しつつ説明する場合があるが、各構成の配置関係(直交および平行に関する特徴)は、必ずしも矢印X,Y,Zに示す配置関係に限定されるものではない。これらについては、後述する図11〜図16においても同様である。
In FIGS. 3 to 10, arrows X, Y and Z are shown for the convenience of description. Arrows X, Y, Z have a mutually orthogonal relationship. Hereinafter, each configuration of the
図3〜図10に示すように、圧電素子50は、積層型の圧電素子であり、接着剤64を用いてケース60の内底面62Sに貼り付けられる。圧電素子50は、長手方向と短手方向とを備える直方体状の形状を有する。具体的には、圧電素子50は、圧電体層40(図3〜図6,図8〜図10)と、電極10(図7)と、電極20(図7)と、電極30(図7)とを含む。圧電体層40の外形形状は略直方体であり(図5,図6参照)、圧電体層40は、上面41、側面42〜45、および下面46を有している。
As shown in FIGS. 3 to 10, the
上面41は、圧電素子50の積層方向に沿った一方向を向く主面であって、圧電体層40のうちの矢印Z方向の側に位置する表面であり、下面46は、圧電体層40のうちの矢印Z方向とは反対方向の側に位置する表面である。側面42,44は、圧電体層40のうちの矢印X方向に対して直交する表面であり、互いに対向する位置関係を有している。側面43,45は、圧電体層40のうちの矢印Y方向に対して直交する表面であり、互いに対向する位置関係を有している。
The
(電極10(受信電極))
電極10は、円板部11および延出部12を含む(図7参照)。電極10は、受信電極として機能する。延出部12は、円板部11の外縁から外方に向かって延出する形状を有する。延出部12は、円板部11が位置している側から圧電体層40の側面42が位置している側に向かって延びるように配置される。図3に示すように、FPC80に設けられた配線パターン81と電極10の延出部12との間の部分(接続箇所10C)において、電極10とFPC80(配線パターン81)とは電気的に接続される(図4,図5も参照)。(Electrode 10 (reception electrode))
The
(電極20(送信電極))
電極20は、端面部21、上面部22、および中間部23,24を含む(図7参照)。電極20は、送信電極として機能する。すなわち、電極20,30間に交流電圧が印加されることで、電極20は電極30との間に電位差を形成する。端面部21は、圧電体層40の側面42(図5)に対向し、側面42に接する。端面部21の端部21Tは、電極20のうちの接着面の側(接着剤64の側)に位置する部位である。端部21Tは、圧電素子50の長手方向における側面42の下端部の一部に沿って延びる形状を有している。(Electrode 20 (transmission electrode))
The
電極20の上面部22は、端面部21の矢印Z方向の側の端部に連設され、圧電体層40の上面41上に配置される。中間部23,24は、電極20のうちの圧電体層40の内部に配置される部位であり、圧電素子50が完成した状態ではこれらは視認されない(図5参照)。中間部23と中間部24との間には、電極30の中間部33が配置される(図8〜図10など参照)。なお、ここで図示した例においては、中間部23,24は圧電素子50の外部からは視認できない構成として説明したが、中間部23,24の一方または両方が外部から視認されうるような構成であってもよい。
The
中間部23,24の内側には、くり抜き部23H,24H(図7)と、切欠き部23T,24Tとがそれぞれ設けられる。図7および図9に示すように、中間部23,24の矢印Xとは反対方向における端部(具体的には、端面部21が位置している側の端部)は、端面部21に接続している。一方で、中間部23,24の矢印X方向における端部は、後述する電極30の端面部31に接続しておらず、端面部31から離れている。図3に示すように、FPC80に設けられた配線パターン82と電極20の上面部22との間の部分(接続箇所20C)において、電極20とFPC80(配線パターン82)とは電気的に接続される(図4,図5も参照)。
On the inner side of the
(電極30)
接地電極としての電極30は、端面部31、上面部32、中間部33および下面部34を含む(図7参照)。電極30は、共通電極として機能する。端面部31は、圧電体層40の側面44(図5)に対向し、側面44に接する。下面部34は、圧電体層40の下面46に対向し、下面46に接する。上面部32は、端面部31の矢印Z方向の側の端部に連設され、圧電体層40の上面41上に配置される。中間部33は、電極30のうちの圧電体層40の内部に配置される部位であり、圧電素子50が完成した状態では中間部33は視認されない(図5参照)。なお、ここで図示した例においては、中間部33は圧電素子50の外部からは視認できない構成として説明したが、中間部33は外部から視認されうるような構成であってもよい。(Electrode 30)
The
上面部32および中間部33の内側には、くり抜き部32H,33H(図7)がそれぞれ設けられる。くり抜き部32Hの内側に、電極10の円板部11が配置される(図5参照)。上面部32および中間部33の内側には、切欠き部32T,33Tもそれぞれ設けられる。切欠き部32Tの内側に、電極10の延出部12が配置される(図5参照)。上面部32のうちの矢印Yとは反対方向における部分には、後退部32Fが設けられる。後退部32Fは、電極20の上面部22の配置を許容するための部位である。
On the inside of the
図7および図9に示すように、上面部32、中間部33および下面部34の矢印X方向における端部は、端面部31に接続している。一方で、上面部32、中間部33および下面部34の矢印Xとは反対方向における端部は、電極20の端面部21に接続しておらず、端面部21から離れている。図3に示すように、FPC80に設けられた配線パターン83と電極30の上面部32との間の部分(接続箇所30C)において、電極30とFPC80(配線パターン83)とは電気的に接続される(図4,図5も参照)。
As shown in FIGS. 7 and 9, the end portions of the
(送信部および受信部)
図8〜図10を参照して、圧電体層40の内部には、送信部40Nおよび受信部40Mが形成される。送信部40Nは、第1単位圧電体層N1〜N4からなる4層構造を有している。第1単位圧電体層N1〜N4は、ケース60の底部62から遠ざかる方向に積層され、電極20および電極30によって電気的に並列接続される。図8〜図10中の白色矢印は、各圧電体層の分極方向を示している。一方で、受信部40Mは、第2単位圧電体層M1の1層構造を有している。(Transmitter and receiver)
Referring to FIGS. 8 to 10, a
電極30の下面部34は、送信部40Nおよび受信部40Mの双方に及んで広がる形状を有している。電極20の上面部22は、第1単位圧電体層N1〜N4を含む送信部40Nを間に挟んで電極30の下面部34に対向している。電極10の円板部11は、第2単位圧電体層M1を含む受信部40Mを間に挟んで電極30の下面部34に対向している。
The
すなわち、圧電体層40のうち、電極20の上面部22と電極30の下面部34との間に位置する領域、電極20の中間部23と電極30の上面部32との間に位置する領域、および電極20の中間部23と電極30の下面部34との間に位置する領域が、送信部40Nとして機能する。一方で、圧電体層40のうち、電極10の円板部11と電極30の下面部34との間に位置する領域が受信部40Mとして機能する。
That is, in the
図8および図10に示すように、送信部40Nと受信部40Mとは、ケース60の底部62の内底面62Sの表面方向(X−Y面方向)において互いに隣り合う位置に形成されている。具体的には、圧電体層40の中心部に受信部40Mが設けられており、受信部40Mを囲むように、受信部40Mよりも径方向の外側である周辺部に、送信部40Nが設けられている。
As shown in FIGS. 8 and 10, the
図9および図10に示すように、圧電素子50においては、圧電素子50の接着面の側(圧電素子50のうちのケース60の底部62に接着される面の側)に、電極30の下面部34と、電極20の端面部21の端部21Tとが位置している。電極30の下面部34は、接着剤64によりケース60の底部62(内底面62S)に貼り付けられている。上述のとおり、電極20,30間に交流電圧が印加されることで、電極20は電極30との間に電位差を形成する。これにより、超音波センサ100は超音波を送波することが可能となる。超音波を送波している間は電極30には交流電圧が印加されるが、超音波を受波している間は電極30の電位は0ボルトとなる。これにより、超音波センサ100は超音波を受波することが可能となる。
As shown in FIGS. 9 and 10, in the
図8および図10に示すように、圧電体層40の上面41のうち電極10と電極30との間で露出している部分は凹んでいる。積層体のうち受信部40Mと送信部40Nとを互いに隔てる部分は分離部に相当する。上面41が凹んでいる領域は、分離部に対応する領域の少なくとも一部である。図8〜図10における圧電体層40の上面が「第1主面」に相当し、下面が「第2主面」に相当する。
As shown in FIGS. 8 and 10, the portion of the
本実施の形態における圧電素子50は、複数の圧電体層を積層したものであり、積層方向に沿って互いに逆を向く第1主面としての上面41および第2主面としての下面46を有する積層体を備える。この積層体は、送信部40N、受信部40M、および送信部40Nと受信部40Mとを互いに隔てる分離部を含む。第1主面(上面41)のうち送信部40Nに対応する領域を覆うように送信電極としての電極30が配置されている。第1主面(上面41)のうち受信部40Mに対応する領域を覆うように受信電極としての電極10が配置されている。送信電極(電極30)は、積層体の内部または第2主面(下面46)に配置された導体膜と共に複数の圧電体層のうちの少なくとも一部を挟み込んでいる。受信電極(電極10)は、積層体の内部または第2主面(下面46)に配置された導体膜と共に複数の圧電体層のうちの少なくとも一部を挟み込んでいる。第1主面(上面41)のうち分離部に対応する領域の少なくとも一部は、第1主面のうち送信電極(電極30)が配置されている領域および受信電極(電極10)が配置されている領域に比べて凹または凸となっている。ここでは、「凹または凸」としたが、図8および図10に示した例では、前述の分離部に対応する領域の少なくとも一部が凹となっている。圧電素子50の平面図は既に図4に示しているが、平面図において第1主面が凹となっている領域にハッチングを付したものを図11に示す。電極10と電極30との間の領域が凹となっている。これは、分離部に対応する領域である。一方、電極20と電極30との間の領域においては、第1主面は凹とはなっていない。
The
本実施の形態における圧電素子50において、上面にFPC80を接合した状態の、界面近傍の部分断面図を図12に示す。圧電体層の積層体の第1主面には電極10および電極30が配置されている。積層体の第1主面のうち電極10と電極30との間の領域には凹部が形成されている。FPC80の表面には配線パターン81,83が設けられている。圧電素子50の上面とFPC80との接合は、異方性導電性接着剤によって行なわれる。異方性導電性接着剤は、接着剤としての樹脂の中にはんだ粒が混在しているものであり、接合を行なうことにより、はんだ粒が金属からなる電極の近傍に凝集して電気的接続がなされるものである。図12に示した例では、2ヶ所にはんだ接合部67が形成されているのが見えている。はんだ接合部67はそれぞれはんだ粒が凝集して溶融することによって形成されたものである。はんだ接合部67によって、電極10は配線パターン81と電気的に接続され、電極30は配線パターン83と電気的に接続されている。電極10と電極30との間には凹部が形成されているので、積層体の表面に沿った距離は凹部がない場合に比べて長くなっている。これにより、はんだ接合部67が隣の不所望な電極にまで達する確率が減じられている。
A partial cross-sectional view in the vicinity of the interface in a state where the
また、図13に示すように、はんだ粒68が電極10に付着しきれずに側方に溢れたとしても、はんだ粒68が凹部に収容されるので、はんだ粒が隣の電極30にまで到達する確率が減じられる。
Further, as shown in FIG. 13, even if the
(実施の形態2)
実施の形態2における超音波センサ100が備える圧電素子50Aの構成は、実施の形態1で説明したものと基本的には共通するが、以下の点で異なる。Second Embodiment
The configuration of the
本実施の形態における圧電素子50Aにおいて、実施の形態1の図8〜図10に相当する断面図を図14〜図16にそれぞれ示す。
In the
本実施の形態では、第1主面(上面41)のうち分離部に対応する領域の少なくとも一部は、第1主面のうち送信電極(電極30)が配置されている領域および受信電極(電極10)が配置されている領域に比べて凸となっている。第1主面のうち図11においてハッチングを付して示した領域が凸となっている。すなわち、電極10と電極30との間の領域が凸となっている。これは、分離部に対応する領域である。一方、電極20と電極30との間の領域においては、第1主面は凸とはなっていない。
In the present embodiment, at least a part of the region corresponding to the separation portion in the first main surface (upper surface 41) is the region where the transmission electrode (electrode 30) is disposed in the first main surface and the reception electrode (the It is convex compared with the area | region where the electrode 10) is arrange | positioned. The hatched area in FIG. 11 of the first main surface is convex. That is, the region between the
本実施の形態における圧電素子50Aにおいて、上面にFPC80を接合した状態の、界面近傍の部分断面図を図17に示す。積層体の第1主面のうち電極10と電極30との間の領域には凸部が形成されている。電極10と電極30との間にこのように凸部が形成されているので、積層体の表面に沿った距離は凸部がない場合に比べて長くなっている。これにより、はんだ接合部67が隣の不所望な電極にまで達する確率が減じられている。また、図17に示すように、はんだが電極10に付着しきれずに側方に溢れたとしても、はんだが凸部によってせき止められるので、はんだが隣の電極30にまで到達する確率が減じられる。
A partial cross-sectional view in the vicinity of the interface in a state in which the
なお、実施の形態1,2において示した凹部または凸部は、任意の方法によって形成してよい。たとえば予め凹凸が設けられた型を用いて型押し加工することによって積層体の上面に凹凸を形成してもよい。あるいは、上面に対して何らかの除去加工を施すことによって凹部を形成してもよい。
In addition, the recessed part or convex part shown in
なお、実施の形態1,2では、FPC80との間の電気的接続のために用いられる導電材料がはんだであるものとして説明したが、これはあくまで一例である。導電材料ははんだに限らず、他の材料であってもよい。
In the first and second embodiments, the conductive material used for the electrical connection with the
(実施の形態3)
実施の形態3における超音波センサ100が備える圧電素子50Bの構成は、実施の形態1で説明したものと基本的には共通するが、以下の点で異なる。Third Embodiment
The configuration of the
本実施の形態における圧電素子50Bでは、図18に示すように、積層体の第1主面としての上面41のうち分離部に対応する領域においては凹部が形成されており、受信部40Mにおいて、内部電極75,76,77が配置されている。内部電極75,76,77はダミー電極であってもよく、何らかの機能を有する電極であってもよい。
In
(実施の形態4)
実施の形態4における超音波センサ100が備える圧電素子50Cの構成は、実施の形態2で説明したものと基本的には共通するが、以下の点で異なる。Embodiment 4
The configuration of the piezoelectric element 50C included in the
本実施の形態における圧電素子50Cでは、図19に示すように、積層体の第1主面としての上面41のうち分離部に対応する領域においては凸部が形成されており、受信部40Mにおいて、内部電極75,76,77が配置されている。内部電極75,76,77はダミー電極であってもよく、何らかの機能を有する電極であってもよい。
In piezoelectric element 50C in the present embodiment, as shown in FIG. 19, in the region corresponding to the separation portion in
実施の形態3,4に関しては、以下のように表現することができる。圧電素子における送信部40Nおよび受信部40Mは、内部に圧電体層と導体膜とが交互に配置された構造を含んでおり、分離部は、積層方向(第1主面(上面41)に対して垂直な方向)に沿って平面視したときに、内部に導体膜が含まれていない部分を含む。
The third and fourth embodiments can be expressed as follows. The transmitting
実施の形態3,4では、内部電極の有無によってもたらされる変形現象を利用して、積層体の第1主面としての上面41のうち分離部に対応する領域において凹または凸を形成することができる。実施の形態3,4においては、このようにして凹または凸を形成することにより、実施の形態1または2で説明した効果を得ることができる。
In the third and fourth embodiments, using the deformation phenomenon brought about by the presence or absence of the internal electrode, a concave or a convex may be formed in a region corresponding to the separation portion in the
なお、図12、図13、図17に示した例では、積層体の第1主面に配置された電極同士の間の間隙の全体が凹または凸となっている状態を示したが、必ずしも間隙の全体が凹または凸となっている必要はない。たとえば図20および図21に示すように、間隙の一部が凹または凸となっている構成であってもよい。このような場合にも、実施の形態1〜4で説明したのと同様の効果を得ることができる。図20および図21では、内部電極76,77の端の位置と電極10の端の位置とが異なっている。内部電極の有無を利用して積層体の第1主面に凹凸を形成する場合には、内部電極がない領域に凹または凸が形成される傾向がある。この現象により凹または凸が形成される領域は、第1主面に配置された電極同士の間の間隙として見える領域と一致していない場合がある。このような位置関係にあると結果的に、図20および図21にそれぞれ示したように、間隙の一部が凹または凸となった構成が得られる場合がある。このような構成であっても実施の形態1〜4で説明したのと同様の効果を得ることができる。
In the examples shown in FIG. 12, FIG. 13 and FIG. 17, the entire gap between the electrodes disposed on the first main surface of the laminate is concave or convex. The entire gap need not be concave or convex. For example, as shown in FIGS. 20 and 21, a part of the gap may be concave or convex. Also in such a case, the same effects as those described in the first to fourth embodiments can be obtained. In FIGS. 20 and 21, the positions of the ends of the
本発明は、以下に示すようなさまざまな形式の圧電素子にも適用することができる。
図22〜図24に、3端子型の圧電素子の一例として圧電素子50Dを示す。3端子型の圧電素子とは、図22に示すように、圧電素子50Dの上面すなわち第1主面に電極10、電極20Dの一部、電極30Dの一部が配置されている形式のものをいう。図22では、電極20Dの端面部21Dおよび電極30Dの上面部32Dが示されている。図22に示した状態から裏返した様子を図23に示す。図23に示すように下面すなわち第2主面のほとんどの領域は電極20Dによって覆われている。図23では、電極20Dの下面部22Dおよび電極30Dの端面部31Dが示されている。さらに、圧電素子50Dの擬似的な断面図を図24に示す。ただし、図24は、図22のいずれかの箇所でまっすぐ切ることによって実際に現れる断面図ではなく、説明の便宜のために、図22に示されている電極10、電極20D、電極30Dの真下の部分の断面を同じ幅ずつ並べて擬似的に表示したものである。図24においては、電極10と電極20Dとの間の分離部も示されている。電極10と電極30Dとの間の分離部も示されている。図24に示した例では、これらの分離部において凹または凸が形成されている。The present invention can be applied to various types of piezoelectric elements as shown below.
22 to 24 show a
ここでは3端子型である圧電素子を例示したが、圧電素子は3端子型には限らない。3以上の端子を有する型であってもよい。 Although the three-terminal type piezoelectric element is illustrated here, the piezoelectric element is not limited to the three-terminal type. It may be of a type having three or more terminals.
図25〜図26に、4端子型の圧電素子の一例として圧電素子50Eを示す。4端子型の圧電素子とは、図25に示すように、圧電素子50Eの上面に電極10、電極20Aの一部、電極20Bの一部、電極30Aの一部が配置されている形式のものをいう。図25に示した状態から裏返した様子を図26に示す。図26に示すように下面すなわち第2主面のほとんどの領域は電極30Aによって覆われている。さらに圧電素子50Eの擬似的な断面図を図27に示す。図27は図24と同様に、3通りの部分を並べて便宜的に表示した断面図である。この圧電素子50Eにおいては、電極20A,20Bがそれぞれ送信電極に相当する。電極10が受信電極に相当する。
25 to 26 show a
(実施の形態5)
本発明に基づく実施の形態5における超音波センサ200について説明する。図28は、超音波センサ200を備えたセンサ装置1Lの機能ブロックを示す図であり、実施の形態1における図1に対応している。超音波センサ200は、圧電素子50Eを備えており、この圧電素子50Eは電極10,20A,20B,30Aを備える4端子構造を有している。電極20A,20Bは、信号生成回路104に接続されている。電極10は、受信アンプ106に接続されており、電極30Aは接地されている。Fifth Embodiment
The
図2に示すように、本実施の形態における超音波センサ100は、ケース60と、圧電素子50と、FPC80とを備える。ケース60は有底筒状である。圧電素子50は、ケース60の内底面62Sに対して、第2主面が対向するように接合されている。FPC80は複数の配線を含む。FPC80は、複数の配線が受信電極および送信電極に対して個別に電気的接続がなされるように、第1主面に対して接合された配線引出部品である。ここでいう圧電素子50は、これまでのいずれかの実施の形態で説明した構成の圧電素子である。
As shown in FIG. 2, the
本実施の形態における超音波センサ100は、この構成を採用することにより、圧電素子と配線引出部品との接合箇所で導電材料があふれることによる短絡が発生する確率を減じた超音波センサとすることができる。
By adopting this configuration, the
配線引出部品は、第1主面(積層体の上面41)に対して異方性導電性接着剤によって接合されていることが好ましい。このように接合に異方性導電性接着剤を用いる場合には、短絡が発生する確率を減じるという効果を特に顕著に享受することができる。図2では、配線引出部品がFPC80である例が示されているが、配線引出部品が他の種類の部品であっても同様である。
The wiring lead-out component is preferably joined to the first major surface (
異方性導電性接着剤は、はんだを含むことが好ましい。このように異方性導電性接着剤が導電材料としてはんだを含む場合には、短絡が発生する確率を減じるという効果を特に顕著に享受することができる。 The anisotropic conductive adhesive preferably contains a solder. As described above, when the anisotropic conductive adhesive contains a solder as a conductive material, the effect of reducing the probability of occurrence of a short circuit can be particularly remarkably achieved.
なお、上記実施の形態のうち複数を適宜組み合わせて採用してもよい。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。Note that a plurality of the above embodiments may be appropriately combined and adopted.
In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is indicated not by the above description but by the scope of the claims, and includes all the modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
1,1L センサ装置、10 電極(受信電極)、10C,20C,30C 接続箇所、11 円板部、20,20A,20B,20D,30D,30 電極、21,21D,31D 端面部、21T 端部、22,32D 上面部、22D 下面部、23,24 中間部、23H,24H くり抜き部、23T,24T 切欠き部、30A 電極(接地電極)、31 端面部、32H,33H くり抜き部、32T,33T 切欠き部、33 中間部、40 圧電体層、40M 受信部、40N 送信部、41 (圧電体層の)上面、42,44 (圧電体層の)側面、46 下面、50,50A,50B,50C,50D,50E 圧電素子、60 ケース、61 筒状部、62 底部、62S 内底面、62T 外面、63 吸音材、64 接着剤、65 結合剤、67 はんだ接合部、68 はんだ粒、69 樹脂部、71,72 充填剤、75,76,77 内部電極、80 FPC、81,82,83 配線パターン、100,200 超音波センサ、101 マイコン、102 メモリ、103 検出回路、104 信号生成回路、105 電源、106 受信アンプ、N1〜N4 第1単位圧電体層、M1 第2単位圧電体層。 1, 1 L sensor device, 10 electrodes (receiving electrode), 10C, 20C, 30C connection point, 11 disc portion, 20, 20A, 20B, 20D, 30D, 30 electrode, 21, 21D, 31D end face portion, 21T end portion 22 and 32D upper surface portion 22D lower surface portion 23 and 24 middle portion 23H and 24H hollow portion 23T and 24T notch portion 30A electrode (ground electrode) 31 end surface portion 32H and 33H hollow portion 32T and 33T Notched part, 33 middle part, 40 piezoelectric layer, 40 M receiver, 40 N transmitter, 41 upper surface of the piezoelectric layer, 42, 44 side surface of the piezoelectric layer, 46 lower surface, 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E Piezoelectric element, 60 case, 61 cylindrical portion, 62 bottom, 62S inner bottom surface, 62T outer surface, 63 sound absorbing material, 64 adhesive, 65 Mixture, 67 solder joints, 68 solder particles, 69 resin parts, 71, 72 fillers, 75, 76, 77 internal electrodes, 80 FPC, 81, 82, 83 wiring patterns, 100, 200 ultrasonic sensors, 101 microcomputers , 102 memories, 103 detection circuits, 104 signal generation circuits, 105 power supplies, 106 reception amplifiers, N1 to N4 first unit piezoelectric layers, M1 second unit piezoelectric layers.
Claims (5)
前記積層体は、送信部、受信部、および前記送信部と前記受信部とを互いに隔てる分離部を含み、
前記第1主面のうち前記送信部に対応する領域を覆うように送信電極が配置されており、
前記第1主面のうち前記受信部に対応する領域を覆うように受信電極が配置されており、
前記送信電極は、前記積層体の内部または第2主面に配置された導体膜と共に前記複数の圧電体層のうちの少なくとも一部を挟み込んでおり、
前記受信電極は、前記積層体の内部または第2主面に配置された導体膜と共に前記複数の圧電体層のうちの少なくとも一部を挟み込んでおり、
前記第1主面のうち前記分離部に対応する領域の少なくとも一部は、前記第1主面のうち前記送信電極が配置されている領域および前記受信電極が配置されている領域に比べて凸となっている、圧電素子。 It is a laminate of a plurality of piezoelectric layers, and has a laminate having a first main surface and a second main surface facing in opposite directions along the stacking direction.
The laminate includes a transmitting unit, a receiving unit, and a separating unit separating the transmitting unit and the receiving unit from each other,
A transmission electrode is disposed to cover a region corresponding to the transmission unit in the first main surface,
A receiving electrode is disposed to cover a region corresponding to the receiving portion on the first main surface,
The transmission electrode sandwiches at least a part of the plurality of piezoelectric layers together with a conductor film disposed in the inside of the laminate or on the second main surface,
The receiving electrode sandwiches at least a part of the plurality of piezoelectric layers together with a conductor film disposed in the interior of the laminate or on the second main surface,
At least a part of the area corresponding to the separation portion in the first main surface is convex compared to the area in which the transmission electrode is arranged in the first main surface and the area in which the reception electrode is arranged. It is a piezoelectric element.
前記分離部は、前記積層方向に沿って平面視したときに、内部に導体膜が含まれていない部分を含む、請求項1に記載の圧電素子。 The transmitting unit and the receiving unit include a structure in which a piezoelectric layer and a conductor film are alternately disposed inside,
The piezoelectric element according to claim 1, wherein the separation portion includes a portion in which a conductive film is not included when viewed in plan along the stacking direction.
前記ケースの内底面に対して、前記第2主面が対向するように接合された請求項1または2に記載の圧電素子と、
複数の配線を含み、前記複数の配線が前記受信電極および前記送信電極に対して個別に電気的接続がなされるように、前記第1主面に対して接合された配線引出部品とを備える、超音波センサ。 Bottomed cylindrical case,
The piezoelectric element according to claim 1 or 2, wherein the second main surface is joined to face the inner bottom surface of the case.
And a wire lead-out component joined to the first main surface such that the plurality of wires are electrically connected to the reception electrode and the transmission electrode individually. Ultrasonic sensor.
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